4.2 闭合电路的欧姆定律 课件 -2024-2025学年高二上学期物理粤教版（2019）必修第三册

第四章 闭合电路 第 2 节 闭合电路的欧姆定律 教学目标 1．理解电动势的概念； 2．理解闭合电路欧姆定律，能进行有关的计算； 3．知道路端电压与负载的关系 E R S 外电路 内电路 由导线、电源和用电器连成的电路叫作闭合电路 内电路：电源内部的电路 外电路：电源外部的电路(用电器和导线构成) 闭合电路的结构 新课引入 用什么物理量可以描述电源的特性呢？ 如图所示，以铜片和锌片为极板，分别用果汁、牛奶和食用油等作为电解液制成原电池，用电压表测量各个原电池两极板间的电压，并将测量结果填入表中 一、电动势 观察与思考 4 比较分析实验收集的数据，可以得出什么结论？ 不同电解液制作的原电池，其两极板间的电压不同 物理学用电动势描述电源的特性 不接电源时电源正负两极间的电压称为电动势 5 + + + + + + + + ++ + - - - - + 在外电路，正电荷由电源正极流向负极。 电源之所以能维持外电路中稳定的电流，是因为它有能力把来到负极的正电荷经过电源内部不断地搬运至正极。 外电路 内电路 那么什么叫非静电力呢？ 非静电力使正电荷在电源内部由负极移至正极。 E0 + + + + + + + - - - - - - - + F电 F非 电源的静电场 在非静电力作用下，电源把正电荷从负极搬运到正极，克服电场力做功， 使电荷的电势能增加。 在电源内部要使正电荷向正极移动，就一定要有一种与静电力方向相反的力作用与电荷才行，我们把这种力叫作非静电力。 常见的两种非静电力 化学作用 电磁作用 电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。 抽水机增加水的重力势能 电源增加电荷的电势能 不同的抽水机抽水的本领(举起高度)不同 使单位质量的水所增加的重力势能不同 不同的电源非静电力做功的本领不同 使单位正电荷所增加的电势能不同 电源 + + + + + + + + ++ + - - - - + 9 2、表达式： 3、单位： 伏特（V） 1V=1J/C W：非静电力做的功 q ：被移送的电荷量 1、定义：在电源的电动势数值上等于不接电源时电源正负两极间的电压 4、物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电能本领的大小。 5、特点：取决于电源本身的性质，跟电源的体积无关， 跟电源外部电路无关. 6、内阻r：电源内部的电阻 10 1.如左图所示，用果汁电池接上一个小灯泡时，灯泡不亮，而用牛奶电池接同一小灯泡时，灯泡却亮了。果汁电池的电动势较大，但能使灯泡发光的却是牛奶电池，这是为什么呢？ 2.如右图所示，测得果汁电池的电动势约为0.96V。加入稀硫酸后再测得其电动势约为0.98V。接入小灯泡，发现小灯泡发光了。为什么加了稀硫酸的果汁电池能使小灯泡发光呢？ 讨论与交流 根据欧姆定律，外电路沿电流方向电势降低。如图，外电路的电势降低总和U外=U1+U2+U3 下面我们通过实验研究电动势E、外电路电压U外、内电路电压U内用之间的关系 二、研究闭合电路欧姆定律 如图所示，装有稀硫酸的两个烧杯内，分别插有作为电源正、负极的铜片和锌片。U形玻璃管内放入粗棉线，倒插在两个烧杯中，利用粗棉线把两边烧杯中的稀硫酸溶液连成一体，这个装置构成了一个化学电源，只需改变棉线的粗细，就可以改变电源的内阻。电压表V1、V2分别用于测量电源的外电压和内电压，内电压通过插在正、负电极旁边的两根铜丝端测得. 观察与思考 13 (1)使滑动变阻器接入电路的电阻最大，仅闭合S1，记下电压表V1的示数U1。想一想：U1与电源的电动势有什么关系? (2)闭合开关S1、S2、S，并逐渐减小滑动变阻器的阻值，观察电压表V1和V2示数的变化，将数据记在表中 (3)分析表中的数据，想一想：E、 U外、U内之间有什么定量关系? 14 比较分析收集的数据，可以得出什么结论？ 实验表明：E= U外+U内 同时： E=IR+Ir 变形得： （1）内容：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比。 （2）表达式： （3 ）说明： E 为电动势 r 为内阻 R 为外电路的总电阻 ① U外=IR是外电路上总的电势降落，习惯上叫路端电压。 ② U内=Ir 是内电路上的电势降落，习惯上叫内电压。 ③ E =IR ＋I r 或 E = U外+ U内或 E＝U外＋Ir 或 U外＝ E - Ir 电动势等于内外电路电势降落之和。 闭合电路欧姆定律： E R S 外电路 内电路 在右图中，A组为4节1.5V干电池，B组为6V蓄电池，两组电源的电动势均为6V。将它们与额定电压为6V的灯泡、电压表、开关按图示连接成电路 单独闭合开关S1或S2，可以观察到灯泡的亮度和电压表的示数不相同。在闭合电路中电动势和用电器都相同的情况下，用电器两端的电压不相同说明了什么? 说明：干电池和蓄电池的内电阻不相同 内阻不同，回路中电流不同，从而用电器两端的电压不同 讨论与交流 17 例1.如图，R1=14Ω，R2=9Ω，当开关处于位置1时，电流表读数I1=0.2A；当开关处于位置2时，电流表读数I2=0.3A。求电源的电动势E和内电阻r。（电流表为理想电表） 1 A R1 R2 2 E r 解：由闭合电路欧姆定律得 得： 典例分析 路端电压跟接入电路的用电器之间有什么关系呢？ 如图所示的电路是研究路端电压和负载关系的实验原理图，图中各灯泡的额定电压与额定功率都是相同的。观察当接入电路的灯泡逐渐增多时，灯泡的亮度如何变化，解释观察到的现象。 实验现象：当接入电路的灯泡逐渐增多时，灯泡的亮度逐渐变暗。 三、路端电压跟负载的关系 观察与思考 I R r U内 U外 E I = E R+r R I U内 U外 U内= Ir E=U外+U内 R I U内 U外 I = E R+r U内= Ir E=U外+U内 1.理论根据： 用闭合电路欧姆定律U = E - I r 来分析路端电压随着外电阻的变化 3.结论：路端电压随着外电阻的增大（减小）而增大（减小）。 2.推理解释： ②在横轴上的截距表示电源的短路电流 ③图象斜率的绝对值表示电源的内阻，内阻越大，图线倾斜得越厉害． U I O E E/r U=E-Ir ①在纵轴上的截距表示电源的电动势E． （1）在该图像中，如何确定电源电动势和内阻？ （2）无内阻(即r=0)的电源，其路端电压和电动势的关系如何？ 两者相等，即E=U外 路端电压U随电流I变化的图象： 图象的函数表达式： 讨论与交流 21 例2. 如图所示，电源电动势为6 V，内阻为1 Ω，R1＝5 Ω，R2＝10 Ω，滑动变阻器R3阻值变化范围为0～10 Ω，求电路中的总电流的变化范围． 解析：当R3阻值为零时，R2被短路 R外＝R1＝5 Ω，I＝＝ A＝1 A. 当R3阻值为10 Ω时，外电阻最大 R并＝＝5 Ω，R外′＝R1＋R并＝10 Ω，I′＝ ≈0.55 A. 答案：0.55 A～1 A 典例分析 一、电动势 二、研究闭合电路欧姆定律 2、表达式： 1、定义：在电源的电动势数值上等于不接电源时电源正负两极间的电压。 1、表述：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比． 2、表达式： 三、路端电压跟负载的关系： （1）路端电压随外电路电阻R增大而增大. （2）路端电压U随电流I变化的图象． U I 0 E E/r U=E-Ir 本课小结 1. 关于电动势，下列说法正确的是（ ） A. 在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电势能增加 B. 对于给定的电源，移动正电荷，非静电力做功越多，电动势就越大 C. 电动势越大，说明非静电力在电源内部从负极向正极移送单位正电荷做功越多 D. 电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移送到正极的电荷量越多 AC 跟踪练习 2. 铅蓄电池的电动势为2V，这表示（ ） A. 电路中每通过1C的电量，电源把2J的化学能转变为电能 B. 蓄电池两极间的电压一定为2V C. 蓄电池在1s内将2J的化学能转变成电能 D. 蓄电池将化学能转变为电能的本领比一节干电池（电动势为1.5V）强 AD 3.如图所示，电源的电动势和内阻都保持不变，当滑动变阻器的滑动触点向上端移动时（ ） A. 电压表的读数增大，电流表的读数减小 B. 电压表和电流表的读数都增大 C. 电压表和电流表的读数都减小 D. 电流表的读数增大，电压表的读数减小  A R1 R2 R3 V A 4. 如图所示为根据实验数据画出的路端电压U随电流I变化的图线，由图线可知，该电池的电动势E= ____V， 电池的内电阻r=____Ω。 1.5 1.1 5. 如图所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表(均为理想电表)的示数各为1.6 V和0.4 A；当S断开时，它们的示数各为1.7 V和0.3A，求电源的电动势及内阻． 解析：当S闭合时，由闭合电路欧姆定律得U1＝E－I1r， 即E＝1.6 V＋0.4r ① 当S断开时，由闭合电路欧姆定律得U2＝E－I2r， 即E＝1.7V＋0.3r ② 由①②得E＝2 V，r＝1 Ω. 谢谢 大家 $$